回热式旋流燃烧器的制造方法
【专利摘要】一种用于多种液体燃料的回热式旋流燃烧器，主要由阀芯型喷嘴（1)，前端盖（2)，燃烧反应腔外壁（3)，回热腔（4)，引燃塞（5)，回热腔外壁（6)，燃烧反应腔（7)，燃气排出口（8)，后端盖(9),压缩工质进口（10)，前端导流槽（11)和桥路排孔（12)组成，其中：由前端导流槽（11)进入燃烧反应腔（7)的工作介质产生3000g的旋流引力场，从而提高燃烧效率；由于燃料在燃烧反应腔(7)内反应时间较长，从而对燃料的技术指标要求很低，适用于多种燃料；另外，强制循环的工作介质构成了热能的闭路循环，从而减少了热能的传导损失。本实用新型的结构采用良好的耐蚀性材料，可广泛采用化工品燃料和劣质燃料，实用新型□结构合理简单，造价低廉，使用维护和修理简易。0
【专利说明】回热式旋流燃烧器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种燃烧器，属于热能、热机、动力机械领域，尤其是将液体燃料中的化学能通过燃烧反应，产生高温高压热能，然后由热机或动力机械转换为机械能的燃
【背景技术】
[0002]目前燃气轮机、涡扇发动机以及燃油锅炉、燃煤粉锅炉的燃烧器更多地采用旋风、旋流燃烧技术，用以提高燃烧效率，以期达到节能减排环保的目的。
[0003]旋风燃烧器通常以整流叶片所形成的旋流场，其引力场的作用有效也有限，仍不能满足进一步的技术要求。
[0004]因此，设计一种燃烧器即可以提高燃烧效率，降低未完全反应物的排放，又可以减少燃烧器大梯度温度场和材料热传导所造成的热能损失，是十分必要的。
【发明内容】
[0005]根据【背景技术】所述，本实用新型的目的在于避免上述不足，提供一种将分离【技术领域】的强引力场技术引入旋流燃烧器，使燃烧器内部产生数千倍地心重力的引力场，作用于雾化的燃料雾滴，完善汽化过程，提高燃烧效率，降低未完全反应物的排放；同时将热工领域的换热、回热技术应用于燃烧器的结构设计，通过回热构造，尽可能地减少燃烧器大梯度温度场和材料热传导所造成的热能损失，而且能够用于多种液体燃料的燃烧器。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的:
[0007]—种用于多种液体燃料的燃烧器，主要由阀芯型喷嘴(I )，前端盖(2)，燃烧反应腔外壁(3)，回热腔(4)，引燃塞(5)，回热腔外壁(6)，燃烧反应腔(7)，燃气排出口(8)，后端盖(9)，压缩工质进口(10)，前端导流槽(11)和桥路排孔(12)组成，其中:工作介质通路和燃气排出口(8)相互隔离，燃烧反应腔(7)的外壁与外壳之间形成回热腔(4)，工作介质通路使工作介质流向回热腔(4)，桥路排孔(12)位于压缩工质进口(10)与回热腔(4)之间，燃气排出口(8)使高温、高压燃气进入动力机械做功，燃气排出口(8)外径与燃烧反应腔(7 )外径相切，燃气排出口( 8 )旋向与前端导流槽(11)旋向一致。
[0008]进一步地，所述的桥路排孔(12)的构造为燃烧反应腔(7)的外壁与外壳之间构成互不干涉的通道。
[0009]进一步地，所述的前端导流槽(11)按周向分布其数量为3至12个。
[0010]进一步地，所述的燃烧反应腔(7)为圆筒形空间，其长度与直径的比例关系为2至5倍。
[0011]由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下优点和效果:
[0012]1、本实用新型能够很简单地适配于(某种)热机或动力机械，使热机或动力机械小型化，广泛服务于人们的生产和生活之中；
[0013]2、本实用新型借助工作介质的旋转流动面而形成3000倍地心重力的引力场，在此引力场作用下，喷入燃烧反应腔7的燃料雾滴在极短时间内完成汽化和漂移，较细的雾滴在2毫秒内完成汽化燃烧过程，较大雾滴在没有完成汽化蒸发前由强引力场作用下漂移到燃烧反应腔7圆筒形器壁表面，较大雾滴在沿器壁表面爬行中完成蒸发汽化过程及燃烧反应，这个过程约5至15毫秒以内；
[0014]3、本实用新型的燃料在燃烧腔中进行化学反应的时间较长，可达25至50毫秒，为内燃机5至10倍，为燃气轮机或涡扇发动机的10至20倍，燃料燃烧化学反应时间充分，燃烧效率高，未完全反应的物质如一氧化碳、碳氢化合物等排放少；
[0015]4、本实用新型采用高温非金属材料，其材料本身热传导系数小，且不必采取强制冷却措施，因而减少热能的损失；
[0016]5、本实用新型回热腔构造，以工作介质的循环将燃烧反应腔7器壁材质所传导出的热能再带回到燃烧反应腔中，形成热能传导扩散的闭路循环，减少因材料热传导造成的热能损失；
[0017]6、本实用新型的启动方式为电热引燃，引燃塞为导电陶瓷材质，通电后加热至800°C，用以引燃喷入燃烧腔中的燃料雾滴，燃烧器的每一次工作循环，仅执行一次启动操作，然后即连续燃烧工作；
[0018]7、本实用新型的燃烧反应腔7为一圆筒形空间，利于工作介质气流的旋转运动，燃烧腔的长径比不宜小于2，也不宜大于5，以维持旋流场的稳定；燃烧腔的容积(L)与工作介质的流量(L/s)比例关系为16至25分之一，以保证燃料与工作介质的充分燃烧反应时间；
[0019]8、由于强引力旋流场的作用及较长燃烧反应时间的设计，本实用新型对燃料的技术指标要求不严格，能够适用于多种液体燃料，只要具有一定化学能热值的液体燃料均可使用；
[0020]9、本实用新型由高温非金属材料构成，具有很强的耐腐蚀性能，适用于腐蚀性很强的化工危险品燃料和劣质燃料。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1a为本实用新型结构的剖视示意图；
[0022]图1b为本实用新型结构的轴向示意图；
[0023]图2为本实用新型工作流程示意图；
[0024]图3为本实用新型的回热节能机能示意图；
[0025]图4为本实用新型结构的立体示意图。
【具体实施方式】
[0026]一种用于多种液体燃料的燃烧器，主要由阀芯型喷嘴1，前端盖2，燃烧反应腔外壁3，回热腔4，引燃塞5，回热腔外壁6，燃烧反应腔7，燃气排出口 8，后端盖9，压缩工质进口 10，前端导流槽11和桥路排孔12组成，其中:工作介质通路和燃气排出口 8相互隔离，燃烧反应腔7的外壁与外壳之间形成回热腔4，桥路排孔12位于压缩工质进口 10与回热腔4之间，桥路排孔12的构造为燃烧反应腔7的外壁与外壳之间构成互不干涉的通道，工作介质通路使工作介质流向回热腔4，燃气排出8使高温、高压燃气进入动力机械做功，燃气排出口 8外径与燃烧反应腔7外径相切，燃气排出口 8旋向与前端导流槽11旋向一致；所述的前端导流槽11按周向分布其数量为3至12个；所述的燃烧反应腔7为圆筒形空间，其长度与直径的比例关系为2至5倍。
[0027]燃烧器的结构如图1所示:阀芯型喷嘴1，燃烧器的前端盖2，回热腔4，燃烧反应腔7及燃烧反应腔外壁3，工作介质通路6，高温高压的燃气排出口 8，燃烧器的后端盖9及压缩工质进口 10，11为位于燃烧器前端的导流槽以引导工质产生强引力旋流场，12为位于燃烧器后端的桥路排孔，桥路排孔12在燃烧反应腔外壁3与回热腔外壁6之间的连接结构中形成工作介质的通路，并为高温高压燃气排出口 8留出通道，5为启动工作的引燃塞，燃烧器的回热腔4与桥路排孔12相通，并通向激励工质旋流运动的导流槽11形成强引力场。
[0028]回热式旋流燃烧器的三个高温非金属构件，前端盖2，后端盖9，及燃烧器本体由穿钉螺母联接紧固。
[0029]由图2示出燃烧器的工作流程:
[0030]经压缩的工作介质20由后端盖压缩工质进口 10，通过桥路排孔12和回热腔4通过燃烧器前端的一组导流槽11沿切向进入燃烧反应腔7，工作介质以每秒26至28米的速度沿切向进入燃烧反应腔7后，由气流剧烈的旋转运动而产生了约3000倍地心重力的引力场，经由燃料喷嘴喷射到燃烧反应腔7内的雾滴粒径不等的燃料微滴处于强引力场的作用之下，较细的微滴很快蒸发汽化燃烧，受引力场的作用不明显，较粗燃料微滴则受强引力场作用漂移并附着在燃烧腔外壁3，较粗燃料微滴在沿燃烧腔外壁3爬行过程中很快便蒸发汽化燃烧，不会随燃气排放到大气中形成颗粒物污染，从而也提高了燃料的燃烧效率。
[0031]工作介质与燃料发生燃烧反应所生成的高温高压燃气在燃烧反应腔7内沿螺旋线方向运动至燃烧反应腔7后部的燃气排出口 8，输出至热机或动力机械转化为机械能。
[0032]燃烧器的启动过程由安装在前端盖2上的燃料喷嘴I和安装在燃烧器本体上的引燃塞5协同完成。首先将引燃塞通低压直流电源，I至2秒钟后引燃塞尖端温度达800°C时即开启燃料泵电机，由燃料喷嘴向燃烧反应腔7内喷射呈锥形雾化燃料微滴，燃料微滴遇引燃塞高温火源后即开始燃烧工作。当燃烧器正常工作后，即可以关闭引燃塞电源，停止引燃塞工作。
[0033]当关闭燃料泵电源后，燃料停止喷射，燃烧器即停止工作。当燃烧器停止工作后，动力机械的惯性将新的工作介质压入燃烧器内将燃气替换掉，为下一次启动做好准备条件。
[0034]如图3所示，燃烧器的燃烧反应腔7内产生的高温热能不可避免地沿燃烧反应腔外壁3材料向梯度较低方向传导，造成较多热能损失。
[0035]为减少由材料热传导所造成的热能损失，采用将中温工作介质流经燃烧反应腔外壁3即回热腔4进行降温、换热、回热的作法。由中温工作介质强制流经桥路排孔12和回热腔4，使得工作介质温度升高，较高温度的工作介质将热能带回到燃烧腔7中，连续形成热能的闭路循环。图中，黑色箭头为大梯度湿度场中热能扩散的方向，当燃烧器材料中以热容与温度体现的热能传导至燃烧反应腔外壁3外侧的回热腔4时，中温的工作介质如灰色箭头所示，将被传导出来的高温加热，同时也降低了燃烧反应腔外壁3的温度，中温的工作介质温度升高时则被沿导流槽11压入到燃烧腔7内，而由回热腔外壁6以低梯度的温度场所传导损耗的热能则很少。
[0036]另外，燃烧器的作用是为某种热机或动力机械系统的组成部分之一，其应用是为热机或动力机械配套。
[0037]燃烧器的零件制造工艺:将粉末材料由压力机和模具压制成型再进行高温烧结。
[0038]对于形状比较简单的前端盖和后端盖零件，可直接由模具压制成型再进行高温烧结。对于形状比较复杂的燃烧器本体，可将其内外分解后再压型。然后修整加工后拚装在一起进行烧结。烧结前将引燃塞锥孔粗加工，预留。前端盖上的安装喷嘴的螺纹孔也要预
&3甶O
[0039]燃烧器本体与前端盖和后端盖之间的密封为平面密封。密封平面的表面粗糙度Ra需要达到0.4μ m以下，因此需要采用金刚石刀具高速精密镜面磨削。
[0040]燃烧器本体上的引燃塞锥孔需要与引燃塞配制研磨，保证良好的密封而不具备互换性。
[0041]燃烧器的装配工艺:部件的装配紧固由穿钉、隔热垫片、开口弹簧垫圈、螺帽组成。将各装配件排列正确后，用力矩扳手均匀对称旋紧四颗螺帽。为保证张紧力均匀对称，需要分三轮至四轮按对角方向逐渐旋紧至力矩要求。
[0042]装配检测:将组装完成的部件安装到专用检测装置上，连接高压气管路，逐步将气压升到5.0MPa，检查受力和泄漏。
[0043]燃烧器的应用试验:应用试验需要与热机或动力机械系统共同完成。
【权利要求】
1.一种回热式旋流燃烧器，主要由阀芯型喷嘴(1)，前端盖(2)，燃烧反应腔外壁(3)，回热腔(4)，引燃塞(5)，工作介质通路(6)，燃烧反应腔(7)，燃气排出口(8)，后端盖(9)，压缩工质进口(10)，前端导流槽(11)和桥路排孔(12)组成，其特征在于:工作介质通路(6)和燃气排出口(8)相互隔离，燃烧反应腔(7)的外壁与外壳之间形成回热腔(4)，工作介质通路(6)使工作介质流向回热腔(4)，桥路排孔(12)位于压缩工质进口(10)与回热腔(4)之间，燃气排出口(8)使高温、高压燃气进入动力机械做功，燃气排出口(8)外径与燃烧反应腔(7 )外径相切，燃气排出口( 8 )旋向与前端导流槽(11)旋向一致。
2.根据权利要求1所述的回热式旋流燃烧器，其特征在于:所述的桥路排孔(12)的构造为燃烧反应腔(7)的外壁与外壳之间构成互不干涉的通道。
3.根据权利要求1所述的回热式旋流燃烧器，其特征在于:所述的前端导流槽(11)按周向分布其数量为3至12个。
4.根据权利要求1所述的回热式旋流燃烧器，其特征在于:所述的燃烧反应腔(7)为圆筒形空间，其长度与直径的比例关系为2至5倍。
【文档编号】F23D11/24GK204026663SQ201420213721
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】黄友钢 申请人:北京发源动力机械设计研究有限公司